oldi

Игровые манипуляторы

Александр Прохоров

Джойстики

   Аналоговые и цифровые джойстики

   Оптические и потенциометрические джойстики

Джойстик как манипулятор для авиасимуляторов

   Оси плавного регулирования

   Функция поворота головы HAT switch

   Функция обратной силовой связи Force Feedback

Рули

Геймпады

Манипуляторы для борд-симуляторов

 

Компьютерный игровой руль Guillemot Force Feedback Racing Wheel

Компьютерный игровой руль с обратной связью Logitech Wingman Formula Force GP

Игровой планшет Microsoft Game Pad Pro

 

«Будь проклят тот день, когда я сел за баранку этого пылесоса!» — говорил один из персонажей отечественного киношедевра. Именно это определение — «пылесос с баранкой» мне пришлось услышать в адрес мультимедийного компьютера с игровым штурвалом от одного из противников компьютерных игр. Ну что ж, как известно, все пользователи ПК делятся на противников и сторонников компьютерных игр. Как вы уже, наверное, догадались, настоящая публикация посвящена последним — тем, кто убежден, что история ПК связана с появлением не электронных таблиц или текстовых процессоров, а компьютерных игр, а также игровой периферии в виде джойстиков, геймпадов и рулей. О них и пойдет речь в данной статье.

Следует отметить, что интерфейс игрового порта (Gameport) появился очень давно — около 15 лет назад, вскоре после разработки первых IBM PC. Тогда компьютеры были мало приспособлены для игр и стоили больших денег, поэтому играть предпочитали на более дешевых видеоприставках. И тем не менее с появлением игрового порта началась борьба между видеоиграми и играми для ПК, которая продолжается и по сей день. И, надо заметить, компьютеры отвоевали значительное пространство. Появившись следом за первыми ПК, игровой порт до наших дней практически не претерпел изменений. Правда, он переместился на современные звуковые карты и имеет совмещенный с MIDI разъем.

Существуют и отдельные платы игровых портов, такие как Thrustmaster ACM Game Card, CH Gamecard CG3, PDPI L4 Gameport и др.

Достоинством игрового порта является поддержка как ранней DOS, так и Windows 2000, а к недостаткам следует отнести низкую для современных компьютеров скорость и ограниченные возможности, а также большую загрузку ЦП.

Для подключения джойстика через гейм-порт используется 15-штырьковый разъем. К одному гейм-порту можно подключить два двухкнопочных джойстика или один с четырьмя кнопками или с ручкой газа. При подключении такого джойстика используется часть входов, предназначенных для второго двухкнопочного. Если гейм-порт находится на звуковой плате, то к разъему можно подключать еще и MIDI-совместимые музыкальные инструменты.

Таким образом, современный игровой порт поддерживает следующие аналоговые сигналы: четыре оси (X1, Y1, X2, Y2) и четыре кнопки. Все, что выходит за эти рамки, поддерживается в цифровом виде при помощи специальных нестандартных интерфейсов.

Как уже было отмечено, основными недостатками игрового порта являются малая скорость, высокая загрузка центрального процессора и ограничения по количеству входных сигналов.

Поэтому дальнейшее развитие игровой периферии связано с новым портом — USB, который не имеет всех вышеперечисленных проблем и позволяет использовать все четыре оси плавного регулирования и неограниченное количество кнопок.

Недостатком USB-порта является несовместимость с рядом ОС (DOS, Win3.1, ранние версии Win95, WinNT 4.0). Однако очевидно, что за этим портом будущее. Все модели 2001 года поддерживают USB, и только часть — USB + GamePort. Так что, если у вас нет USB-порта, для установки нового USB-джойстика придется поменять и сам компьютер.

Джойстики

Появление джойстиков датируется началом шестидесятых и обусловлено именно первыми компьютерными играми. Самый первый из них связывают с именами профессора Марвина Мински и студента Массачусетсского технологического института Стефена Рассела, больших поклонников компьютерных игр. По некоторым данным, название joystick существовало и ранее. До изобретения описываемого манипулятора этим термином обозначали самокрутки с марихуаной. Но современные джойстики достигли такой популярности, что о первоначальном значении слова сегодня никто даже не вспоминает.

Первые примитивные цифровые джойстики представляли собой стержень, укрепленный на крестовине, имеющей четыре электрических контакта. Чтобы выбрать одно из четырех направлений, нужно наклонить стержень в соответствующую сторону. При замыкании сразу двух контактов добавляются еще четыре направления (рис. 1).

Подобные джойстики существовали во времена компьютеров Amiga, Commodore 64 и MSX. Очевидно, что обеспечить плавное регулирование такой джойстик не мог и поэтому плохо подходил для авиасимуляторов. С тех пор джойстики изменились до неузнаваемости, и все же их отличительным признаком по-прежнему остается рукоятка определенного дизайна, закрепленная на стационарной платформе и наклоняющаяся во всех направлениях.

В начало В начало

Аналоговые и цифровые джойстики

Cледующий этап развития джойстиков ознаменован появлением аналоговых устройств, которые имели в своей основе потенциометры (рис. 2) и могли осуществлять плавное регулирование. Эти устройства посылают в игровой порт аналоговый сигнал, который обрабатывается контроллером игрового порта и ЦП, а затем в цифровом виде используется программными интерфейсами. С тех пор, как джойстики стали обеспечивать плавное регулирование, их начали использовать для авиационных симуляторов.

Со временем джойстики снова стали цифровыми, но уже другого уровня: такой джойстик генерирует сигнал обычно на базе тех же технологий, что и аналоговый, а затем внутри себя оцифровывает этот сигнал и передает его в компьютер уже в цифровой форме. Преимущество этого решения заключается в том, что аналоговый сигнал превращается в цифровой до того, как он попадает в игровой порт (сильно зашумленное в электронном смысле пространство).

В начало В начало

Оптические и потенциометрические джойстики

Потенциометры имеют скользящие контакты, которые засоряются пылью и продуктами окисления, что ухудшает контакт и может приводить к проблемам управления. Этих недостатков лишены оптические джойстики, в которых вместо резисторов используются оптические сенсоры, менее подверженные износу. Несмотря на указанные преимущества оптических джойстиков, большинство производителей используют для считывания положения органов управления электрические потенциометры. В качестве примера оптических джойстиков можно привести джойстики серии Sidewinder от Microsoft.

В начало В начало

Джойстик как манипулятор для авиасимуляторов

Оси плавного регулирования

Современные джойстики используются прежде всего в авиационных симуляторах и многие функции приобрели благодаря совершенствованию управления летным тренажером. Очевидно, что для полета в первую очередь необходимо плавное перемещение «вверх-вниз» и «вправо-влево». Именно эти функции и обеспечивали первые джойстики, при этом управление скоростью осуществлялось по принципу «есть ход — нет хода». Однако для успешного ведения воздушного боя этого недостаточно. Как «подкрасться и убежать» без гибкого управления скоростью? Так появилась еще одна функция плавного регулирования — контроллер тяги, или тротл1. Контроллер тяги обычно располагается в виде специального колеса на корпусе рукоятки — или в виде переключаемого рычажка рядом с рукояткой. Второй способ реализации контроллера тяги позволяет видеть, в каком положении находится «газ», так играть удобнее. Тротл такого исполнения использован, например, в джойстике WingMan Force 3D от компании Logitech (рис. 3).

Однако тротл может быть выполнен и в виде самостоятельного отдельно вынесенного элемента, как, например, на одной из современных моделей Thrustmaster TopGun Afterburner (рис. 4). Идея раздельного исполнения рукоятки и тротла не нова. Известна более старая модель Quick Shot Squadron Commander, которая давно продается на российском рынке.

Таким образом, джойстик, как минимум, должен обеспечивать плавное регулирование по трем осям, при наличии педалей управления количество осей возрастает до четырех! При этом четвертая ось плавного регулирования (так называемый хвостовой руль (rudder), который в классической схеме выполняется в виде педалей), может управляться поворотом рукоятки вокруг своей оси (см. рис. 3). В этом случае в джойстике могут быть реализованы все четыре оси плавного регулирования.

И хотя для тех, кто привык к педалям, такой вариант управления может показаться не совсем удобным, с помощью этого устройства можно овладеть летным мастерством. Иногда на панель джойстика выносится дополнительный рычажок, в результате чего две оси плавного регулирования остаются на рукоятке, а две — выносятся на дополнительный аналоговый рычажок (рис. 5).

Чаще всего присвоение и маркировка осей производятся следующим образом:

  • X1 (или Х) — наклон рукоятки вперед/назад (тангаж);
  • Y1 (или Y) — наклон рукоятки вправо/влево (крен);
  • Х2 (или rZ) — педали или поворот рукоятки вокруг своей оси (хвостовой руль);
  • Y2 (или Z) — вперед/назад тротл (тяга).
В начало В начало

Функция поворота головы HAT switch

В реальности помимо возможностей управления пилот может осмотреться, с тем чтобы оценить обстановку справа и слева, не разворачивая при этом самолет. Для обеспечения такой возможности служит функция HAT switch 2 (см. рис. 3, 5), позволяющая дискретно менять направление взгляда пилота.

Переключатель видов (HAT switch) выполняет функцию дополнительного джойстика на основном джойстике. Но если основной джойстик поворачивает виртуальный самолет, то HAT-switch только меняет угол зрения. При этом HAT switch имеет только фиксированные положения, то есть смотреть можно в четырех или восьми направлениях. Это связано с тем, что дополнительное плавное позиционирование, наряду с плавным регулированием самим джойстиком, усложнило бы задачу управления. Впервые данная технология была разработана компаниями Thrustmaster и CH Products, и сегодня на рынке предлагается множество моделей, поддерживающих данную функцию от разных производителей. Продукция каждой компании (CH Products и Thrustmaster) имеет свои особенности реализации функции HAT switch. Отсюда и обозначения на джойстиках: ТМ-совместимый и СН-совместимый.

В начало В начало

Функция обратной силовой связи Force Feedback

Еще одной функцией, заслуживающей внимания, является так называемая функция обратной силовой связи — Force Feedback.

Первым джойстиком с Force Feedback был джойстик CH Force FX Joystick от компании CH Products.

Если традиционная схема взаимодействия «джойстик — компьютер» является незамкнутой (рис. 6а), то есть сигнал, снимаемый с сенсора, подается в компьютер и таким образом осуществляется управление, то при наличии обратной связи (рис. 6б) система становится интерактивной. Сигнал от джойстика через сенсор направляется в контроллер обратной связи и в компьютер, а компьютер, в свою очередь, передает на контроллер управляющий сигнал, связанный с ходом выполнения игры. Сигнал от контроллера обратной связи передается на специальный электромотор, который связан ременной или другой (более жесткой) передачей с рукояткой джойстика.

Для реализации функции Force Feedback используется специальный API-I-Force, разработчиком которого является компания Immersion (http://www.immersion.com/).

В результате сотрудничества Immersion и Microsoft поддержка API-I-Force (I-Force 2.0) была введена в DirectX 5, наличие данной версии является минимальным условием для работы устройств с обратной силовой связью.

Технология Force Feedback позволяет моделировать разные типы эффектов, например толчки при попадании в самолет вражеского снаряда или отдачу от собственных выстрелов. По характеру дрожания джойстика можно понять: какой противник вас преследует; в вас стреляют из крупнокалиберного пулемета; в самолет попала ракета. Помимо этого может изменяться усилие, с которым играющему приходится перемещать рукоятку джойстика в зависимости от характеристик движения виртуальной машины. Обратная связь может моделировать поломки самолета, самой простой из которых является заклинивание рукоятки при падении машины, но возможны и более сложные эффекты, например, моделирование поведения штурвала в условиях отказа одного из двигателей, тряски при повреждениях, потери винта и т.п.

На сегодняшний день Force Feedback является единственной интерактивной формой взаимодействия играющего с виртуальной машиной. Многие компании, такие как Logitech, Microsoft, Genius, InterAct, сегодня переняли данную технологию и выпускают манипуляторы с обратной связью. Естественно, появилось и большое количество игр с поддержкой технологии Force Feedback. Например такие симуляторы, как ACES: The X-Fighters (издатель Sierra On-Line, разработчик Dynamix), F22 Air Dominance Fighter (издатель Ocean/Infograms, разработчик Digital Image Design), Flight Unlimited II (издатель Eidos, разработчик Looking Glass). В принципе, если игра работает под DirectX 6.0 и выше, то она, как правило, поддерживает и обратную связь.

Типичным примером джойстика с обратной связью является модель SideWinder Force Feedback 2 (рис. 7). Данное устройство можно использовать как для авиа-, так и для автосимуляторов.

Несмотря на наличие большого количества игр, поддерживающих данную технологию, Force Feedback пока не стала отраслевым стандартом для игровых манипуляторов, что, видимо, связано с высокой стоимостью джойстиков с Force Feedback, цена которых 80-150 долл.

Более подробную информацию о ForceFeedback можно найти по адресу http://www.immersion.com/.

В принципе, технология силовой обратной связи применяется не только в игровых манипуляторах — именно по этому принципу построены системы, которые позволяют «потрогать» виртуальные объекты, прочитать об этом можно в статье «Запах, форма, вкус и цвет через Интернет» (КомпьютерПресс № 3’2001, стр. 50).

Выпуском джойстиков сегодня занимаются очень многие компании, в качестве крупнейших мировых производителей можно назвать ThrustMaster, CH Products, Advanced Gravis, Logitech, Microsoft, ACT Laboratories, которые не только обеспечивают определенную долю рынка, но и привносят все новые идеи в развитие данных устройств.

Найти каталог современных джойстиков можно по адресу http://www.igalax.ru/ или на нашем CD-ROM.

В начало В начало

Рули

Как в авиасимуляторах необходим хороший джойстик, так в автомобильных гонках не обойтись без руля и педалей. Сам по себе руль еще не решает проблемы — важны его характеристики. Соответственно и цена руля зависит и от количества функций, и от материала, из которого он изготовлен. В самых простых (обычно из дешевого пластика) управление газом и передачами осуществляются непосредственно на руле. Более дорогие сделаны из резиноподобного пластика или имеют цельнометаллическую основу, обтянутую резиной, и педали. Наиболее дорогие и долговечные педали также выполняются из металла.

Обычно функции управления присваиваются осям плавного регулирования следующим образом:

  • X1 — руль вправо-влево;
  • Y1 — газ-тормоз или

X1 — руль вправо-влево;

  • Y1 — газ;
  • X2 — тормоз.

Как и в авиационных тренажерах, в рулях может использоваться Force Feedback. В автомобильных симуляторах эта функция обеспечивает эффект дрожания руля при выезде на неровную дорогу, выход с трассы, моделирование сопротивления руля на различной скорости и т.д.

В дорогих моделях предусмотрена такая функция, как «раздельные педали». Раздельные педали «газ» и «тормоз» не взаимоуравновешивают друг друга (как в дешевых моделях), а действуют раздельно, как в настоящем автомобиле, то есть позволяют, например, моделировать заносы и прочие эффекты. Важным элементом является крепление руля. Если это качественный массивный руль с системой обратной связи, то он передает на стол существенные усилия. Здесь вряд ли можно обойтись системой присосок, большую надежность обеспечат струбцины (рис. 8).

Одним из основных параметров является угол поворота руля — чем он больше, тем лучше. Угол поворота руля колеблется от 100 до 270°. Помимо автомобильных выпускаются и похожие по устройству моторули и штурвалы.

В начало В начало

Геймпады

Геймпад, или, как его еще иногда называют, игровой планшет, это манипулятор для управления обеими руками. Левой рукой обычно контролируется движение, а правой — разнообразные действия посредством нажатия кнопок.

По сути, геймпад представляет собой вариацию  джойстика, ориентированную на аркадные игры, где надо много бегать, прыгать и т.п. Можно сказать, что в компьютерные игры данное устройство пришло от видеоигр. Эти устройства всем хорошо знакомы по распространенным игровым приставкам Dendy или Sega.

Традиционные недорогие геймпады имеют два примитивных мини-джойстика, функционирующих по принципу крестовин (рис. 1), ряд программируемых кнопок, ползунковый регулятор и переключение режимов работы. Вспомните типичные аркадные игры: подпрыгнул, выстрелил, развернулся, побежал. Для управления такой игрой больше ничего и не нужно.

Впрочем, современные геймпады постоянно совершенствуются и уже могут использоваться для симуляторов. Так что функциональная грань между геймпадом и джойстиком постепенно стирается.

Системы обратной связи тоже иногда используются в геймпадах — в целях создания эффекта отдачи от столкновений и ударов. Примером такого устройства может служить модель — с функцией Vibration Feedback WingMan Rumblepad от фирмы Logitech.

А модель Logitech Wingman Extreme Pad имеет такую функцию, как Sensor (рис. 9); именно благодаря этому режиму данная модель рекомендуется для авиасимуляторов. Самолет может управляться поворотом самого игрового планшета в пространстве, что создает эффект наличия в игровом устройстве гироскопа. Wingman Extreme Pad имеет также функцию HAT Switch и 10 кнопок, две из которых (под указательными пальцами) являются триггерами.

В начало В начало

Манипуляторы для борд-симуляторов

Джойстики, рули, педали и геймпады — не единственные манипуляторы игровой периферии. Существуют, например, симуляторы, управление которыми осуществляется с помощью устройства, напоминающего обычный скейт.

Так, манипулятор Pro Skater (рис. 10), рассчитанный на USB-порт, позволяет осуществлять управление в различных симуляторах (это может быть обычный колесный скейт, виндсерфинг, сноуборд и т.п.). Управление осуществляется реальными движениями, которые передаются в компьютер посредством оптических сенсоров.

Автор благодарит компанию IGALAX (http://www.igalax.ru/) за предоставленные фотоматериалы.

Учитывая, что большинство инструкций для игровых манипуляторов написаны на английском языке, мы приводим некоторые наиболее часто встречающиеся англоязычные термины, их перевод и толкование.

КомпьютерПресс 7'2001